數學思想的重大變革,常量數學到變數數學

算術、初等代數、初等幾何和三角,都是以不變的數量和固定的圖形為其研究物件,也即常量是初等數學的主要內容。在現實世中“動”和“變”到是永恆的、絕對的、普遍的,而常量數學只能有效地描述相對穩定的現象,不能描述運動和變化的現象,於是變數數學應運而生。從常量數學到變數數學是數學思想的一次根本變革,其其標誌是解析幾何的誕生和微積分的建立。

數學思想的重大變革,常量數學到變數數學

解析幾何

解析幾何透過座標,把代數與幾何結合在一起:實數與直線上的點成一一對應,而實數對與平面上的點成一一對應;平面上的曲線可用含兩個變暈的代數方程來表示,而一個含兩個變數的代數方程表示著平面的曲。解析幾何採用的方法是“把幾何問題轉化為代數計算的問題”。這種統一的代數方法,被應用於研究曲線具有什麼樣的幾何性質,並由此發展出代數幾何學的新思想;其次,突破了幾何直觀的限制,開拓了發展數學的新思路,提出了新的數學思想方法;第三,代數與幾何的結合,揭示了數學內在的統一性。

數學思想的重大變革,常量數學到變數數學

微積分

變數數學發展的第二個重要階段是微積分的創立,17世紀著名的數學家牛頓從運動學,萊布尼茲從幾何學,分別獨立研究和建立了微積分。微積分思想的出現,一方面向原有的常量數學滲透,使內容得到了極大的豐富,在思想方法上發生了深刻的變化。另一方面,催生了常微分方程論、偏微分方程論、微分幾何、複變函式論、解析數論等新的數學分支,並且微積分的思想方法長期影響著數學發展的方向,在整個數學的發展中佔了主導地位。微積分擴大了數學思想方法的應用領域,促進了自然科學學科的進一步發展。為唯物辯證法的普遍規律在數學上提供了例證。微積分中處處充滿著矛盾:常量與變數、收斂與發散、有限與無限、近似與精確、連續與間斷、微分與積分等。

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衍生思想

變數思想衍生出了大量的新思想、新方法:集合思想,函式與方程思想,極限思想,數形結合思想等等。集合是現代數學中最基本的概念之一,被廣泛應用於數學各分支學科中。集合的概念及運算常常體現在實際問題的解決中,常把某些具有共同屬性或性質的事物視為一個整體,對其作統一的研究和處理。由於集合的元素是任意的物件,使的數學應用的領域大大拓廣。

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函式思想的建立是數學從常量數學轉入變數數學的樞紐,用聯絡、變化的觀點,建立各變數或集合間的“函式”關係,使數學能有效地揭示事物運動變化的規律,反映事物(集合)間的相互聯絡,使數學由研究狀態進到研究過程,進而引起了傳統常量數學觀點的更新,如方程、不等式、數列、三角學等內容都可以統歸到函式思想下進行研究。

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函式與方程是緊密聯絡的兩個概念,方程可以理解為函式的零點問題,其求解可利用函式的有關性質和方法。方程的思想就是突出研究已知量與未知量之間的等量關係,透過設未知數、列方程或方程組,解方程或方程組等步驟,達到求出未知量的解題思路和策略,它是解決各類計算問題的基本思想,是運算能力的基礎。

數學思想的重大變革,常量數學到變數數學

變數思想開始進入數學,數學思想方法發生了重大的變革,成為近代和現代數學中最重要、最基本的思想之一。在解決具體的數學問題或其他的科學問題時,一定要有變數數學的思想和意識,能夠觀察、歸納、猜想兩個集合間的“因果”或“對應”關係,換句話說,用數學語言準確的描述問題後,透過數學工具來求的解答。

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